一种外设可配置的CT/PET-CT运动控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种外设可配置的CT/PET‑CT运动控制系统，包括上位机、运动控制系统、机架主旋转运动系统、机架倾斜运动系统、病床水平运动系统、病床升降运动系统、病床底座水平运动系统；其特征在于，所述上位机通过以太网/CAN与运动控制系统连接；所述运动控制系统分别与机架主旋转运动系统、机架倾斜运动系统、病床水平运动系统、病床升降运动系统、病床底座水平运动系统电连接；本发明专利技术通过提供可配置的运动控制系统使得在后期量产使用中，不需要做任何硬件修改，在不更换控制板的基础上，只需要对参数进行修改即可切换不同类型的外设，大大增加了便利性和通用性。

A Configurable CT/PET-CT Motion Control System with Peripheral Devices

【技术实现步骤摘要】
一种外设可配置的CT/PET-CT运动控制系统
本专利技术涉及CT/PET-CT运动控制系统，尤其涉及一种外设可配置的CT/PET-CT运动控制系统。
技术介绍
当前CT研发种类繁多，不同的机型底层驱动及传感器不一样导致CT的运动控制系统种类也很多，维护和研发成本高。为了解决该问题，自主研发了一款关于CT/PET-CT的运动控制系统。该系统采用自主设计双CPU架构(ARM+FPGA)的核心电路板。该电路在硬件上兼容诸多接口的电机、驱动器、以及传感器。且借助上位机软件，实现给该核心电路板下发配置参数。其中配置参数包括每个轴采用何种驱动器、采用何种传感器，以及驱动器和传感器接到硬件上哪个接口。通过参数可配置功能，实现兼容目前已有机型。同时，也为以后即将研发的机型做好铺垫。以后研发新机型，只需要根据新机型采用的驱动器和传感器，重新编写驱动及配置文件即可。运动控制系统是医疗CT(ComputedTomography)系统的重要组成部分，并且完成扫描任务的过程中通常包括多个运动子系统。运动控制系统的发展经历了从直流到交流，从开环到闭环，从模拟到数字直到基于PC的伺服控制系统和基于网络的运动控制，并朝着数字化、网络化、智能化的方向发展。医疗CT设备的控制系统庞大，控制对象多。运动控制包括主要机架主旋转、病床水平运动、机架倾斜动作、病床垂直运动、底座水平运动。由于医疗设备的独特性，对电机的定位控制精度要求非常高，例如要求病床的移动精度绝对误差不超过0.25mm。为提高控制精度，一般现场安装有位置检测开关和直线编码器，开关检测信号与编码器读数与控制器相连，控制系统需针对上位机指令，结合现场检测信号控制电机的运动。另外，控制系统需完成实时系统状态监控等功能，因此涉及的范围广，控制对象多，信号繁杂。设计工作需考虑所有器件或部件的控制要求，同时需要考虑各模块间的信号隔离、电平转换等具体要求。“PC+运动控制卡”模式是目前运用最为广泛的方式之一。该方式下，上位机可以专注于人机界面、输入输出、预处理、指令发送等功能，而运动控制卡主要承担速度控制、位置控制等任务。目前主要的专用运动控制器，如固高科技的GUC-T系列，系统集成度、封装程度高，具有结构比较简单，可靠性好等优点。然而系统的高度集成也导致了，这类系统的限制也十分明显：灵活性低、系统升级困难。并且该类控制器所占空间往往较大，并且需要同时配合端子板使用，用于医疗CT，在体积上具有很大的冗余。此外现有控制器还存在其他的一些不足，控制器外设不可配置，兼容性低；当前不能兼容Keypad设备。Keypad按键后，需要上位机采集，上位机处理后，才下发到运动控制系统，导致按键延时比较长，产生迟钝效果。主循环周期15ms，响应慢。成本高，且体积大。因此，针对医疗CT，根据实际需求设计一种兼容性更强、灵活性更高、响应快、成本可控的运动控制系统是十分需要的。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种外设可配置的CT/PET-CT运动控制系统。为解决上述技术问题，一方面，一种外设可配置的CT/PET-CT运动控制系统，包括上位机、运动控制系统、机架主旋转运动系统、机架倾斜运动系统、病床水平运动系统、病床升降运动系统、病床底座水平运动系统；其特征在于，所述上位机通过以太网/CAN与运动控制系统连接；所述运动控制系统分别与机架主旋转运动系统、机架倾斜运动系统、病床水平运动系统、病床升降运动系统、病床底座水平运动系统电连接；所述运动控制系统包括运动控制板；所述上位机内部设置有配置表格、配置软件、读取模块、解析模块，所述读取模块与配置表格电连接，所述读取模块与所述解析模块连接，所述读取模块读取配置表格，并通过解析模块将配置表格解析成通讯格式通过以太网/CAN下发到运动控制板；其中，所述配置表格包含所有变量的对应地址以及变量值；所述变量为驱动器类型、电机类型、传感器类型、接口类型、驱动器连接位置、传感器连接位置；所述运动控制板包括默认配置表格、接收模块、设定模块、判断模块、结构体数组构建模块、存储模块；所述接收模块用于接收通讯格式的信息，所述设定模块用于设定可写的变量、变量值的最大值、最小值，需要存储的变量；所述判断模块用于判断接收模块接收到的通讯格式中的变量值与设定模块中的最大值、最小值的大小关系，用于根据设定模块判断变量是否可写，用于根据设定模块判断变量是否需要存储；所述结构体数组构建模块用于将判断模块中可写的、且变量值不大于设定的最大值且不小于设定的最小值的变量根据地址进行赋值，构建结构体数组；所述存储模块用于将判断模块中需要存储的变量存储到存储模块中；所述上位机上的配置软件用于读取运动控制板的默认配置表格；所述机架主旋转运动系统用于根据构建得到的结构体数组进行机架旋转运动，所述机架倾斜运动系统用于根据构建得到的结构体数组进行机架倾斜运动，所述病床水平运动系统用于根据构建得到的结构体数组进行病床水平运动、所述病床升降运动系统用于根据构建得到的结构体数组控制病床进行升降运动，所述病床底座水平运动系统用于根据构建得到的结构体数组控制病床底座进行水平运动；优选地，所述运动控制板采用主频为216M的ARM+FPGA双CPU模式的嵌入式系统，高速信号由FPGA处理，低速信号由ARM处理。优选地，所述机架主旋转运动系统包括机架、主旋转伺服驱动器、主旋转伺服电机、第一皮带传动装置、主旋转编码器、第一电机内部编码器反馈装置；所述运动控制板通过CAN总线控制主旋转伺服驱动器，主旋转伺服驱动器根据获得的CAN指令驱动主旋转伺服电机运动，主旋转伺服电机驱动第一皮带传动装置使机架户必须不给旋转运动，所述第一电机内部编码器反馈装置将主旋转伺服电机的执行信息内部反馈给主旋转伺服驱动器，所述外部反馈传感器将主旋转编码器获得的机架转动的角度值反馈给运动控制板，运动控制板进行相对应的旋转控制。优选地，所述机架倾斜运动系统包括：机架、第一推杆控制器、第一推杆、第一机械传动装置、第一推杆内部编码器反馈装置、倾角传感器；所述运动控制板通过RS232总线控制第一推杆控制器，第一推杆控制器根据获得的RS232指令驱动推杆运动，第一推杆驱动第一机械传动装置使机架进行倾斜运动，所述第一推杆内部编码器反馈装置将第一推杆的执行信息内部反馈给第一推杆控制器，所述运动控制板通过倾角传感器测量机架的倾斜角度，并进行相对应的角度控制。优选地，所述病床水平运动系统包括：病床、病床水平伺服驱动器、病床水平伺服电机、丝杠传动装置、第二电机内部编码器反馈装置、左右限位传感器、原点传感器、位移传感器；所述运动控制板通过CAN总线控制病床水平伺服驱动器，病床水平伺服驱动器根据获得的CAN指令驱动病床水平伺服电机运动，病床水平伺服电机驱动丝杠传动装置使病床水平运动，所述第二电机内部编码器反馈装置将病床水平伺服电机的执行信息内部反馈给病床水平伺服驱动器，运动控制板通过采集左右限位传感器、原点传感器、位移传感器信号用于判断病床位置，并进行相对应的位置控制。优选地，所述病床升降运动系统包括病床、第二推杆控制器、第二推杆、第二机械传动装置、第二推杆内部编码器反馈装置、病床高度传感器；所述运动控制板通过RS232总线控制第二推杆控制器，第二推杆控制器根据获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外设可配置的CT/PET‑CT运动控制系统，包括上位机、运动控制系统、机架主旋转运动系统、机架倾斜运动系统、病床水平运动系统、病床升降运动系统、病床底座水平运动系统；其特征在于，所述上位机通过以太网/CAN与运动控制系统连接；所述运动控制系统分别与机架主旋转运动系统、机架倾斜运动系统、病床水平运动系统、病床升降运动系统、病床底座水平运动系统电连接；所述运动控制系统包括运动控制板；所述上位机内部设置有配置表格、配置软件、读取模块、解析模块，所述读取模块与配置表格电连接，所述读取模块与所述解析模块连接，所述读取模块读取配置表格，并通过解析模块将配置表格解析成通讯格式通过以太网/CAN下发到运动控制板；其中，所述配置表格包含所有变量的对应地址以及变量值；所述变量为驱动器类型、电机类型、传感器类型、接口类型、驱动器连接位置、传感器连接位置；所述运动控制板包括默认配置表格、接收模块、设定模块、判断模块、结构体数组构建模块、存储模块；所述接收模块用于接收通讯格式的信息，所述设定模块用于设定可写的变量、变量值的最大值、最小值，需要存储的变量；所述判断模块用于判断接收模块接收到的通讯格式中的变量值与设定模块中的最大值、最小值的大小关系，用于根据设定模块判断变量是否可写，用于根据设定模块判断变量是否需要存储；所述结构体数组构建模块用于将判断模块中可写的、且变量值不大于设定的最大值且不小于设定的最小值的变量根据地址进行赋值，构建结构体数组；所述存储模块用于将判断模块中需要存储的变量存储到存储模块中；所述上位机上的配置软件用于读取运动控制板的默认配置表格；所述机架主旋转运动系统用于根据构建得到的结构体数组进行机架旋转运动，所述机架倾斜运动系统用于根据构建得到的结构体数组进行机架倾斜运动，所述病床水平运动系统用于根据构建得到的结构体数组进行病床水平运动、所述病床升降运动系统用于根据构建得到的结构体数组控制病床进行升降运动，所述病床底座水平运动系统用于根据构建得到的结构体数组控制病床底座进行水平运动。...

【技术特征摘要】
1.一种外设可配置的CT/PET-CT运动控制系统，包括上位机、运动控制系统、机架主旋转运动系统、机架倾斜运动系统、病床水平运动系统、病床升降运动系统、病床底座水平运动系统；其特征在于，所述上位机通过以太网/CAN与运动控制系统连接；所述运动控制系统分别与机架主旋转运动系统、机架倾斜运动系统、病床水平运动系统、病床升降运动系统、病床底座水平运动系统电连接；所述运动控制系统包括运动控制板；所述上位机内部设置有配置表格、配置软件、读取模块、解析模块，所述读取模块与配置表格电连接，所述读取模块与所述解析模块连接，所述读取模块读取配置表格，并通过解析模块将配置表格解析成通讯格式通过以太网/CAN下发到运动控制板；其中，所述配置表格包含所有变量的对应地址以及变量值；所述变量为驱动器类型、电机类型、传感器类型、接口类型、驱动器连接位置、传感器连接位置；所述运动控制板包括默认配置表格、接收模块、设定模块、判断模块、结构体数组构建模块、存储模块；所述接收模块用于接收通讯格式的信息，所述设定模块用于设定可写的变量、变量值的最大值、最小值，需要存储的变量；所述判断模块用于判断接收模块接收到的通讯格式中的变量值与设定模块中的最大值、最小值的大小关系，用于根据设定模块判断变量是否可写，用于根据设定模块判断变量是否需要存储；所述结构体数组构建模块用于将判断模块中可写的、且变量值不大于设定的最大值且不小于设定的最小值的变量根据地址进行赋值，构建结构体数组；所述存储模块用于将判断模块中需要存储的变量存储到存储模块中；所述上位机上的配置软件用于读取运动控制板的默认配置表格；所述机架主旋转运动系统用于根据构建得到的结构体数组进行机架旋转运动，所述机架倾斜运动系统用于根据构建得到的结构体数组进行机架倾斜运动，所述病床水平运动系统用于根据构建得到的结构体数组进行病床水平运动、所述病床升降运动系统用于根据构建得到的结构体数组控制病床进行升降运动，所述病床底座水平运动系统用于根据构建得到的结构体数组控制病床底座进行水平运动。2.如权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于，所述运动控制板采用主频为216M的ARM+FPGA双CPU模式的嵌入式系统，高速信号由FPGA处理，低速信号由ARM处理。3.如权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于，所述机架主旋转运动系统包括机架、主旋转伺服驱动器、主旋转伺服电机、第一皮带传动装置、主旋转编码器、第一电机内部编码器反馈装置；所述运动控制板通过CAN总线控制主旋转伺服驱动器，主旋转伺服驱动器根据获得的CAN指令驱动主旋转伺服电机运动，主旋转伺服电机驱动第一皮带传动装置使机架旋转进行运动，所述第一电机内部编码器反馈装置将主旋转伺服电机的执行信息内部反馈给主旋转伺服驱动器，所述外部反馈传感器将主旋转编码器获得的机架转动的角度值反馈给运动控制板，运动控制板进行相对应的旋转控制。4.如权利要求3所述的运动控制系统，其特征在于，所述机架倾斜运动系统包括：机架、第一推杆控制器、第一推杆、第一机械传动装置、第一推杆内部编码器反馈装置、倾角传感器；所述运动控制板通过RS232总线控制第一推杆控制器，第一推杆控制器根据获得的RS232指令驱动推杆运动，第一推杆驱动第一机械传动装置使机架进行倾斜运动，所述第一推杆内部编码器反馈装置将第一推杆的执行信息内部反馈给第一推杆控制器，所述运动控制板通过倾角传感器测量机架的倾斜角度，并进行相对应的角度控制。5.如权利要求4所述的运动控制系统，其特征在于，所述病床水平运动系统包括：病床、病床水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘日平，范雪峰，黄振强，
申请(专利权)人：中山市明峰医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44